專利名稱：裂開式止動(dòng)螺絲緊固件總成及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及一包括一中空裂開式雙頭螺栓或裂開式螺栓及一螺絲定位銷的螺絲緊固件總成，所述螺絲定位銷緊固到所述中空裂開式螺栓中，以將其鎖緊到一中間體內(nèi)的一孔或螺紋孔中。更具體而言，本發(fā)明涉及可大大增加所述螺絲定位銷上所施加的力矩與所述螺栓的一裂開式末端部分脹開之間機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)，且涉及防止所述螺絲定位銷相對于該裂開式螺栓發(fā)生松動(dòng)以及防止該裂開式螺栓相對于該螺栓接納孔方式松動(dòng)，避免如先前技術(shù)中那樣咬滯或損壞該螺栓內(nèi)孔或螺絲定位銷的螺紋。
背景技術(shù)：
據(jù)信，最近的先前技術(shù)包括于1885年7月21日授予Tolman的名稱為“Screw Bolt Lock(螺栓鎖緊裝置)”的美國專利第322,657號；于1945年7月25日授予Engstrom的名稱為“Threaded Locking Device(螺紋鎖緊裝置)”的美國專利第2,463,859號；及于1944年11月24日授予Martin的名稱為“ScrewLocking Means(螺絲鎖緊裝置)”的美國專利第2,479,075號。
第322,657號專利揭示一種包括一螺栓A的螺栓鎖緊裝置，螺栓A包括一螺紋中心孔徑C，螺紋中心孔徑C帶有一錐形段E并接納一螺絲或中心銷F，該螺絲或中心銷F將該螺栓的一裂開末端段D脹開，以將該螺栓鎖緊到一螺紋孔中。如專利第322,657號的圖中所示，中心銷F上的螺紋延伸到該螺栓內(nèi)孔的錐形段E。該螺栓內(nèi)孔上的螺紋延伸到該內(nèi)孔的末端開始變成錐形的位置。
類似地，在專利第2,479,075號所揭示的一種裝置中，一螺絲11具有一帶狹縫13的內(nèi)孔14，螺絲11接納一具有一錐形末端錐體19的螺紋塞21，錐形末端錐體19與該內(nèi)孔的一錐形末端段17相吻合。根據(jù)該專利所述，擰緊該螺紋塞會(huì)使該螺紋塞的錐形末端錐體與錐形末端段17嚙合，由此將螺絲11的狹縫末端脹開，以將其鎖緊到一本體內(nèi)的一螺紋孔中。專利第2,463,859號揭示了另一類似的裝置，其中，一螺栓帶有一部分攻有螺紋的內(nèi)孔4，螺紋內(nèi)孔4從該螺栓的頭部延伸到該螺栓的一末端部分。該螺栓的該末端部分中形成有狹縫8。一螺紋膨脹雙頭螺栓9擰入到螺栓內(nèi)孔4中，直到該螺紋部分的末端。進(jìn)一步擰緊該雙頭螺栓可使其嚙合內(nèi)孔4的一直徑縮減的末端部分，從而導(dǎo)致該螺栓的開裂末端脹開，由此將該開裂末端鎖緊到一螺紋孔中。
上述參考文件中所揭示的裝置具有如下缺點(diǎn)在上述參考文件中所揭示的銷式定位螺絲的錐形末端部分到達(dá)該螺栓內(nèi)孔的錐形段之前，該些銷式定位螺絲即“觸底”或“緊靠”該螺栓內(nèi)孔的引入螺紋上。該銷式定位螺絲的錐形末端根本不接觸該螺栓內(nèi)孔的錐形段，這是因?yàn)樵谒泄ソz盲孔上所需的眾所周知的引入螺紋會(huì)在該銷到達(dá)該螺栓內(nèi)孔的錐形段之前即將該銷束縛在該等引入螺紋中。如果擰入該中心銷(本文中稱為“銷式定位螺絲”)，使其末端螺紋段前進(jìn)到該螺栓內(nèi)孔的無螺紋段足夠深的位置來脹開該螺栓的末端，則會(huì)導(dǎo)致該銷式定位螺絲的螺紋咬滯在該螺栓的螺紋上，從而導(dǎo)致該銷式定位螺絲和該螺栓上的螺紋發(fā)生變形和損壞而不能再重復(fù)使用，Tolman的專利中即認(rèn)可了這一點(diǎn)。(術(shù)語“咬滯”系指一種嚴(yán)重的粘合形式，或者當(dāng)一個(gè)表面與另一個(gè)表面發(fā)生相對滑動(dòng)接觸時(shí)，一個(gè)部件上的材料塊可能從一個(gè)表面上脫離并粘附到另一個(gè)表面上。)此類咬滯使得必須在該銷式定位銷上施加一極大的力矩方可使該銷式定位銷前進(jìn)到該螺栓內(nèi)孔的直徑縮減部分。另外，在該銷式定位銷的螺栓端施加力矩的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)不足以推進(jìn)該銷式定位銷，以在該螺栓的開裂末端段產(chǎn)生足夠大的外向力來將其脹開，并將該螺栓充分鎖緊到該螺栓接納孔中。在該銷式定位銷上施加足夠大的力以將該螺栓的開裂末端脹開到足夠大的程度來產(chǎn)生足夠的鎖緊效果，這對于使用者而言并非實(shí)際可行，且在旋轉(zhuǎn)該銷式定位銷時(shí)，由于該螺栓內(nèi)孔的螺紋段的引入螺紋的根部長度減小，為脹開該螺栓而需施加到所有指形段上的力不會(huì)均等。另外，該等先前技術(shù)并未提供在將該銷式定位銷擰入該螺栓中時(shí)將該銷式定位銷鎖緊到該螺栓中的方法。
盡管在先前技術(shù)中已做了努力，但長期以來人們對一種實(shí)際可用、高度可靠的自鎖緊螺栓的需要尚未得到滿足。兩百多年以來，人們一直需要一種易于使用且在安裝及鎖緊緊固件時(shí)無需使用需組裝的部件的鎖緊緊固件。一其中長期以來人們需要一種可靠的自鎖緊螺栓的應(yīng)用實(shí)例是在高性能內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，其中，由于振動(dòng)和熱力循環(huán)，排氣母管螺栓經(jīng)常變得松動(dòng)。對此問題至今尚未提供真正可靠的解決方案。另外還有人們長期以來一直需要一種可靠的自鎖緊螺栓的眾多其他實(shí)例，其中包括發(fā)動(dòng)機(jī)油泵的安裝應(yīng)用、工業(yè)壓彎機(jī)工具附裝應(yīng)用、采礦滑輪和輪轂附裝應(yīng)用、鐵路軌道附裝應(yīng)用以及許多其他應(yīng)用。
另外，人們對于一種優(yōu)于IFI-124和MIL-DTL-18240F技術(shù)規(guī)范的簡單、理想的鎖緊緊固件的要求亦未得到滿足，其中，該螺栓和銷總成可牢靠鎖緊，在振動(dòng)或熱應(yīng)力下不會(huì)解鎖且與力矩?zé)o關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種裂開式鎖緊螺栓和螺絲定位銷總成，其可避免所述螺絲定位銷的螺紋咬滯在一延伸穿過該裂開式螺栓的內(nèi)孔的螺紋中，而不會(huì)使所述螺栓或螺絲定位銷的螺紋發(fā)生變形或損壞。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裂開式鎖緊螺栓和螺絲定位銷總成，其可在將該螺絲定位銷擰入一延伸穿過該裂開式螺栓的內(nèi)孔中時(shí)提供最小的摩擦阻力。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裂開式鎖緊螺栓和螺絲定位銷總成，其可在將該螺絲定位銷擰入一延伸穿過該裂開式螺栓的內(nèi)孔以脹開該螺栓的一末端開裂螺紋部分使其抵靠在一其中已擰入該螺栓的接納孔的螺紋上并將該裂開式螺栓的螺紋在該接納孔中鎖緊到位方面提供最大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裂開式鎖緊螺栓和螺絲定位銷總成，其可在將該螺絲定位銷擰入一延伸穿過該裂開式螺栓的內(nèi)孔以脹開該螺栓的一末端開裂螺紋部分使其抵靠在一其中已擰入該螺栓的接納孔的螺紋上并將該裂開式螺栓的螺紋在該接納孔中鎖緊到位方面提供最大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，其亦可防止所述螺栓和螺絲定位銷因一其中形成有所述接納孔的本體的各種工況(如機(jī)械振動(dòng)及/或熱力循環(huán))而變得松動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種滿足或優(yōu)于IFI-124和MIL-DTL-18240F技術(shù)規(guī)范的理想的鎖緊緊固件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在一包括一中空裂開式雙頭螺栓或螺栓的鎖緊緊固件中提供一種理想的鎖緊螺絲定位銷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括可重復(fù)使用的一中空裂開式螺栓和一螺絲定位銷的鎖緊緊固件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種易于安裝而不需使用復(fù)雜的組件或附件的真正的鎖緊緊固件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在使用之前已完全組裝成一鎖緊緊固件的真正的鎖緊緊固件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種帶有一內(nèi)部鎖緊機(jī)構(gòu)的機(jī)械鎖緊緊固件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括一裂開式螺栓的鎖緊緊固件，其中所述裂開式螺栓具有最大的拉伸強(qiáng)度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括一裂開式螺栓的鎖緊緊固件，其中一內(nèi)部鎖緊機(jī)構(gòu)將所述螺栓的裂開指形部分對稱脹開。
簡而言之并根據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明提供一包括一螺栓(2)和一螺絲定位銷(3)的自鎖緊螺栓總成(1)螺栓(2)包括一螺紋體(4)、一延伸穿過所述螺紋體的軸向內(nèi)孔(6)；內(nèi)孔(6)包括一內(nèi)孔螺紋段(6A)、一錐形末端段(6C)及一介于所述內(nèi)孔螺紋段和所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段(6B)；螺絲定位銷(3)包括一其上帶有用于嚙合內(nèi)孔螺紋段(6A)螺紋的螺絲段(10B)和一其上帶有一用于嚙合內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)的錐形末端段(10A)的銷桿(10)，銷桿(10)的一近端附著至螺絲段(10B)。銷桿(10)足夠長，以確保當(dāng)錐形末端段(10A)在嚙合所述內(nèi)孔的錐形末端段(6C)時(shí)，螺絲定位銷(3)可進(jìn)一步在內(nèi)孔(6)中擰入一預(yù)先規(guī)定的距離而不會(huì)咬滯螺絲段(10B)和內(nèi)孔螺紋段(6A)的螺紋。銷桿(10)的錐形末端段(10A)具有一錐度(α)，該錐度小于內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)的錐度(β)，以使銷桿(10)的錐形末端段(10A)的一變窄的末端部分可嚙合內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)的一變窄的末端部分。
在所述實(shí)施例中，多個(gè)狹縫(7)延伸穿過螺紋體(4)的一末端段(20)，末端段(20)包含內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)。銷桿(10)具有一直徑，該直徑小于內(nèi)孔螺紋段(6A)的直徑，以允許銷桿(10)穿過所述內(nèi)孔螺紋段而不會(huì)咬滯螺絲段上的螺紋。根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓總成擰入一其中帶有一螺栓接納孔(15A)的本體(15)，螺絲定位銷(3)足夠深地?cái)Q入到螺栓(2)中，使銷桿(10)的錐形末端段(10A)將螺紋體(4)的一末端段(20)脹開到足夠大的程度，致使所述螺紋體的螺紋(4A)與螺栓接納孔(15A)的螺紋緊緊嚙合并鎖緊在本體(15)中。螺絲定位銷(3)亦充分緊固到螺栓(2)中，使銷桿(10)的錐形末端段(10A)將由各狹縫界定的螺栓指形段充分、對稱地脹開，致使各指形段的中間接觸區(qū)域(C)發(fā)生彈性變形且足夠緊地進(jìn)入螺栓界接納孔(15A)中，以將螺栓(15)充分鎖緊在本體(15)中。所述螺栓的內(nèi)孔設(shè)置為可使該內(nèi)部錐孔的半徑與該螺絲定位銷的錐形端的半徑存在一差值，該半徑差值可在該內(nèi)部錐孔與該螺絲定位銷的錐形端之間產(chǎn)生局部高壓接觸點(diǎn)而不需要在該螺絲定位銷上施加很大的力矩，從而將該螺絲定位銷相對于該螺栓有效地鎖緊，并將該螺栓有效地鎖緊在一螺栓接納孔中。


圖1是本發(fā)明的一中空裂開式螺栓和螺絲定位銷總成的一局部剖視側(cè)面正視分解圖。
圖2是圖1中所示總成的裂開式螺栓部分的一左側(cè)正視圖。
圖3是圖1中所示總成的一左側(cè)正視圖，其中螺絲定位銷位于裂開式螺栓的內(nèi)孔中。
圖4是圖1中所示總成的一剖面圖，其中裂開式螺栓擰入一接納孔中且螺絲定位銷擰入該開式螺栓的內(nèi)孔中。
圖5是圖4的右側(cè)部分的一放大視圖，其標(biāo)記用來便于解釋該裂開式螺栓和螺絲定位銷總成的工作。
圖6是圖4的剖面圖中所示總成的一視圖，其中螺絲定位銷充分?jǐn)Q緊，以脹開該裂開式螺栓的裂開末端部分。
圖7是圖6中所示總成的一視圖，其中裂開式螺栓2的螺紋體4擰入一本體15中。
圖8A和8B是局部剖面圖，其用于解釋本發(fā)明的裂開式螺栓和螺絲定位銷總成的自鎖緊性能所涉及的機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
參見圖1-3，一裂開式螺栓和螺絲定位銷總成1包括一中空裂開式螺栓2，其帶有一由隱藏虛線指示的軸向螺栓內(nèi)孔6；及一螺絲定位銷3，其可插入并緊固在螺栓內(nèi)孔6中。裂開式螺栓2包括一普通螺栓頭5，螺栓頭5帶有用于嚙合一扳手或類似工具的平面5A，裂開式螺栓2還包括一其中延伸穿過螺栓內(nèi)孔6的螺紋體4。(其中可包括圖4所示的一環(huán)形夾緊法蘭17作為螺栓頭5的一部分。)螺紋體4的圓柱形外表面上包括普通螺紋4A。裂開式螺栓2的一末端部分20包括一或多個(gè)狹縫7，以允許末端部分20如后文中所述被螺絲定位銷3脹開。根據(jù)該緊固件的尺寸，通?？捎?到8個(gè)狹縫。
螺栓內(nèi)孔6從左到右包括一帶有內(nèi)螺紋12的近端圓柱形螺紋段6A、一與螺紋段6A相連續(xù)的圓柱形直徑縮減的中間段6B、一與中間段6B相連續(xù)的圓錐形段6C以及一位于末端的直徑進(jìn)一步縮減的末端段6D，該末端段6D由狹縫7形成并與錐形段6C接續(xù)且延伸到螺紋體4的末端。
本文中所用的術(shù)語“螺栓”定義為包括一螺紋桿和一普通螺栓頭或附裝到該螺紋桿內(nèi)所含內(nèi)孔中的能夠用來對該螺紋桿施加作用以使其前進(jìn)或擰入一螺栓接納孔中的任何結(jié)構(gòu)。注意本發(fā)明的自鎖緊結(jié)構(gòu)可提供用于一自攻螺紋螺栓或螺絲，亦可提供用于各種規(guī)格的螺栓、雙頭螺栓和螺絲。
螺絲定位銷3包括一延伸的圓柱形銷段10和一圓錐形末端段10A，圓柱形銷段10可輕易地安裝到螺栓內(nèi)孔6的中間段6B中，圓錐形末端段10A具有一小于螺栓內(nèi)孔段6C的錐度的“較窄”錐度。螺絲定位銷3的銷段10具有一最小的合適直徑，其允許內(nèi)孔中間段6B使用一最小直徑，以提供螺紋體4的最大強(qiáng)度。螺絲定位銷的一段10B附裝在銷段10的近端上，在圖1所示的實(shí)施例中，該段10B包括一用于接納一六角扳手的六角扳手開口(key opening)11，所述六角扳手用于將螺絲定位銷3擰入螺栓內(nèi)孔6中。當(dāng)然，亦可使用各種其他方法嚙合段10B，以使用一除六角扳手外的工具對其進(jìn)行緊固，例如，可提供一專用的頭或手柄。類似地，可將裂開式螺栓2的頭部修改為帶有一手柄，亦可將螺絲定位銷3修改為具有一手柄。裂開式螺栓2可由用于各種應(yīng)用的普通螺栓、螺絲和雙頭螺栓所常用的各種材料制成，螺絲定位銷3亦可由用于各種應(yīng)用的普通定位螺絲所常用的材料制成。
作為定義，裂開式螺栓2的頭部可修改為包括諸如一或多個(gè)環(huán)形凸緣的結(jié)構(gòu)，以嚙合或“捕獲”與其中擰入螺紋體4的末端段20的本體15間隔開的任何類型的輔助構(gòu)件(圖中未示出)，螺絲定位銷3可松開，以允許相對于本體15適當(dāng)調(diào)節(jié)裂開式螺栓2，以在距離本體15任何合適的距離處支撐所述輔助構(gòu)件。
參考圖4-6，裂開式螺栓2擰入一本體15中的一接納孔15A，且螺絲定位銷3插入螺栓內(nèi)孔6的近端末端部分6A。當(dāng)螺絲定位銷3的段10B擰得足夠緊，使得銷段10的錐形段10A在一接觸區(qū)域26(其在初始時(shí)大體為環(huán)形)抵靠螺栓內(nèi)孔6的具有不同錐度的段6C時(shí)(如圖4所示)，接觸區(qū)域26位于圖5中虛線指示的點(diǎn)。在圖4所示的該布置中，當(dāng)螺絲定位銷3的錐形段10A的右端率先觸及螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的接觸區(qū)域26時(shí)，螺栓內(nèi)孔6的段6A中的螺紋12實(shí)質(zhì)上進(jìn)一步延伸到段10B的螺紋的右側(cè)。因此，段10B的螺紋不會(huì)像前文所述先前技術(shù)中那樣咬滯到裂開式螺栓2的未攻螺紋的材料中。
進(jìn)一步擰緊螺絲定位銷3將迫使螺絲定位銷3的錐形段10A進(jìn)一步抵靠并進(jìn)入螺栓內(nèi)孔6的錐形末端段6C，由此迫使裂開式螺栓2的末端段20的內(nèi)徑和外徑表面脹開，由此將所述螺栓楔入并鎖緊到中間本體15中。(如下文中參考圖8A和8B所述，當(dāng)螺絲定位銷3的錐形段10A迫使裂開式螺栓2的裂開指形段20D-1、2、3、4脹開時(shí)，初始的環(huán)形接觸區(qū)域26“演變”為8個(gè)較小的接觸區(qū)域26。)應(yīng)注意，所述螺絲定位銷的螺紋應(yīng)盡可能短，以使螺紋接觸的表面區(qū)域保持最小，并減小螺絲定位銷3的螺紋10B與螺栓內(nèi)孔6的段6A的螺紋之間的摩擦。
所述裂開式螺栓的解鎖非常簡單、可靠，因?yàn)橹恍鑼⒙萁z定位銷3松開，即可自動(dòng)松開裂開式螺栓2，且此后，可在螺栓接納孔15A內(nèi)輕易地調(diào)節(jié)所述螺栓，并可對其進(jìn)行重新緊固或?qū)⑵鋸穆菟ń蛹{孔15A中取出。
如圖2、4和5所示，螺絲定位銷3的錐形段10A的錐度α小于螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的錐度β。螺絲定位銷3的錐形段10A的斜角或錐度α小于螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的斜角或錐度β可防止螺絲定位銷3“觸底”或“緊靠”在螺紋內(nèi)孔6的錐形段6C上，而是使錐形段10A的最末端可向錐形段6C的最遠(yuǎn)部分施加一作用力。因而，接觸區(qū)域26與狹縫7的起始位置21之間的距離32遠(yuǎn)大于當(dāng)錐度α與β相等時(shí)接觸區(qū)域26與狹縫7的起始位置21之間的距離。指形段20D-1、2、3、4(圖2)繞其彎曲或“轉(zhuǎn)動(dòng)”的位置21與接觸區(qū)域26之間的距離增加會(huì)在螺絲定位銷3進(jìn)一步擰入螺栓內(nèi)孔6中時(shí)增大指形段20D-1、2、3、4向外脹開的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。在通過擰緊螺絲定位銷3使裂開式螺栓2的末端裂開部分20的四個(gè)指形段20D-1、2、3、4脹開時(shí)，可實(shí)現(xiàn)較大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樗龅牟贾迷讵M縫7的起始位置21與施加外向力以脹開指形段20D-1、2、3、4的位置31之間提供最大的距離32。
螺絲定位銷3的錐形段10A的斜角α小于螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的斜角β亦可在螺絲定位銷3與裂開式螺栓2之間提供最小的接觸區(qū)域26。這可導(dǎo)致當(dāng)螺絲定位銷3擰入裂開式螺栓2時(shí)螺絲定位銷3與裂開式螺栓2之間的表面摩擦最小。指形段20D-1、2、3、4施加在螺栓接納孔15A的螺紋上的外向力可將裂開式螺栓2充分鎖緊在螺栓接納孔15A中。隨后將參考圖8A和8B介紹所涉及的螺絲定位銷的鎖緊機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)。指形段20D-1、2、3、4施加在錐形段10A與6C之間的縮減接觸區(qū)域26上的內(nèi)向力可將緊固后的螺絲定位銷3鎖緊到位，并防止其中擰入有裂開式螺栓的本體15在機(jī)械振動(dòng)及/或熱力循環(huán)期間變得松動(dòng)。
上述鎖緊裂開式螺栓/螺絲定位銷總成可使該裂開式螺栓的開槽末端部分的指形段具有最大的外向壓力，該外向壓力相對均勻地施加在其中鎖緊有裂開式螺栓2的本體15的接納孔15A上。另外，螺絲定位銷3與指形段20D-1、2、3、4之間的接觸區(qū)域26減小，因此產(chǎn)生可將螺絲定位銷3鎖緊到位的高壓點(diǎn)，這將在后文中詳細(xì)介紹。
圖6顯示螺絲定位銷3充分?jǐn)Q入裂開式螺栓2中，以脹開所述裂開式螺栓的裂開式末端部分。由錐形段10A在接觸區(qū)域26(圖5)施加給螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的力的外向徑向分量導(dǎo)致段20的指形段向外脹開，如圖所示。在圖6中，提供圓弧34、36、38和40，以顯示當(dāng)螺絲定位銷3前進(jìn)到螺紋內(nèi)孔6的段6C中的位置越深時(shí)，決定接觸區(qū)域26的面積大小的兩個(gè)半徑的差越大，且因此接觸區(qū)域26的減小量越大，且因此增大螺絲定位銷3鎖緊到位程度的壓力越大。
圖7顯示裂開式螺栓2的末端部分20與圖6所示相同的脹開情形，但不同之處是，裂開式螺栓2的螺紋體4已擰入到本體15的螺栓接納孔15A中，其中裂開式螺栓2的末端段20的脹開螺紋“填充”螺栓接納孔15A的螺紋的緊密程度遠(yuǎn)大于裂開式螺栓2的其余螺紋“填充”螺栓接納孔15A的螺紋的緊密程度。
參見圖8A和8B，注意當(dāng)指形段20D-1、2、3、4被迫向外脹開時(shí)，該等指形段的內(nèi)表面曲率半徑并不增大。亦即，當(dāng)指形段20D-1、2、3、4因螺絲定位銷3的錐形末端段10A施加在螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C上的外向力而向外脹開時(shí)，其初始曲率半徑保持不變。在圖8A顯示一剖面圖，其中螺絲定位銷3的錐形末端段10A的一部分10A-1恰好均勻接觸螺栓內(nèi)孔6的錐形段6C的位置，由此使接觸區(qū)域26的初始形狀一般為環(huán)形。為簡單起見，僅顯示了指形段20D-1，且錐形末端段10A與指形段20D-1之間的均勻接觸區(qū)域在圖8A中由參考編號26指示。
在圖8B顯示另一剖面圖，其中在螺絲定位銷3已緊固后，其錐形末端段10A已將指形段20D-1、2、3、4脹開，迫使所述各指形段的外螺紋緊固到螺栓接納孔15A的內(nèi)螺紋中。注意本體15中的螺栓接納孔15A的螺紋的曲率半徑必然大于向外脹開的指形段20D-1的外螺紋的曲率半徑。因此，螺栓接納孔15A的內(nèi)螺紋與指形段20D-1的外螺紋之間的接觸區(qū)域C被限制在指形段20D-1的外螺紋的中間區(qū)域。這將導(dǎo)致指形段20D-1的外螺紋的中間區(qū)域深入到接觸區(qū)域C內(nèi)本體15的螺紋15B，并使所述螺紋發(fā)生彈性變形。這將導(dǎo)致裂開式螺栓2的末端部分20相對于本體15非常緊地鎖緊。
圖8B還顯示錐形末端段10A的半徑較大部分10A-2接觸指形段20D-1的內(nèi)表面(該指形段20D-1的內(nèi)表面具有與圖8A所示相同的小曲率半徑)，這將在點(diǎn)A和B處產(chǎn)生小的接觸區(qū)域，該等接觸區(qū)域代表已縮減的接觸區(qū)域26的部分。這將導(dǎo)致指形段20D-1的端點(diǎn)的兩個(gè)接觸區(qū)域在兩個(gè)接觸區(qū)域A和B的位置處深入并扣住螺絲定位銷3的錐形末端段10A的表面并使所述表面發(fā)生彈性變形。這將導(dǎo)致螺絲定位銷3相對于裂開式螺栓2被非常牢固地鎖緊。
裂開式螺栓和螺絲定位銷總成1的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是裂開式鎖緊螺栓2的螺紋體4可具有適合不同應(yīng)用的期望長度或直徑，且只需擰緊所述螺絲定位銷即可將螺紋體4鎖緊在一接納本體的一螺紋孔內(nèi)的任何選定深度。可容易地對選定深度進(jìn)行重新調(diào)節(jié)只需通過松開該螺絲定位銷，并將該外部螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)到所需深度，然后重新擰緊該螺絲定位銷即可。
上述裂開式螺栓和螺絲定位銷總成1在某些應(yīng)用中的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是該裂開式螺栓的所述螺栓頭或夾緊凸緣施加在一擬緊固到所述接納本體的構(gòu)件上的壓力或力與所述裂開式鎖緊螺栓鎖緊到該接納本體上的緊固程度毫無關(guān)系。因此，該裂開式鎖緊螺栓可對一軟的或脆性構(gòu)件提供一小的夾緊力，而裂開式螺栓2卻可極緊地鎖緊到本體15上。
應(yīng)了解，如圖7所示，當(dāng)裂開式螺栓2的末端段20因?qū)⒙萁z定位銷3擰入裂開式螺栓2中而最大程度地脹開時(shí)，裂開式螺栓2的鎖緊螺紋4A膨脹至接納孔15A的接納螺紋15B中，這樣可有效地“填充”接納孔15的螺紋15B之間的螺槽。所述螺槽的填充可導(dǎo)致裂開式螺栓2的末端段20基本上與本體15構(gòu)成一整體，且亦使末端段20與本體15之間的邊界區(qū)域的不連續(xù)性最小，從而可大大減小原本會(huì)導(dǎo)致裂開式螺栓2從本體15的螺紋孔15A中松脫的振動(dòng)及/或熱力循環(huán)的微觀效應(yīng)。
例如，在高性能內(nèi)燃機(jī)中，排氣母管始終是用螺栓連接到內(nèi)燃機(jī)本體上，該等螺栓因承受極大量的振動(dòng)和熱力循環(huán)而最終會(huì)松脫，但至今為止，仍沒有針對此問題的良好解決方案。本發(fā)明已經(jīng)證明，上述裂開式鎖緊螺栓可徹底解決該問題。
因而，上述發(fā)明提供一延伸進(jìn)入一螺紋內(nèi)孔近端的螺絲定位銷，該螺紋內(nèi)孔延伸穿過一具有一其直徑隨一小直徑螺絲定位銷而縮減的開槽末端部分的裂開式螺栓，以避免所述螺絲定位銷與所述螺栓內(nèi)孔發(fā)生咬滯；并在所述螺絲定位銷的末端錐體與所述螺栓內(nèi)孔的錐形部分之間提供一角度關(guān)系，該角度關(guān)系可在擰緊螺絲定位銷脹開所述螺栓的開槽末端部分以將螺栓有效地鎖緊到接納孔中時(shí)提供最大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，可最大程度地減小螺絲定位銷與螺栓之間的摩擦，且可將螺絲定位銷鎖緊到螺栓內(nèi)孔中。
盡管本文已參考本發(fā)明的數(shù)個(gè)具體實(shí)施例闡述了本發(fā)明，但所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明的所述實(shí)施例進(jìn)行各種修改，此不背離其真實(shí)的精神和范圍。所有與本發(fā)明權(quán)利要求中所陳述的元件或步驟無實(shí)質(zhì)性差異但可以實(shí)質(zhì)上相同的方式分別執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同的功能來實(shí)現(xiàn)請求專利的相同結(jié)果的元件或步驟均應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。舉例而言，如果螺栓2由合適的材料制成，則該外部螺栓的末端段20中的狹縫7在某些情況下可省略。
權(quán)利要求
1.一種自鎖緊螺栓總成，其包括(a)一螺栓，其包括一螺紋體，一延伸穿過所述螺紋體的軸向內(nèi)孔，所述內(nèi)孔包括一內(nèi)孔螺紋段、一錐形末端段以及一介于所述內(nèi)孔螺紋段與所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段；(b)一螺絲定位銷，其包括一帶有用于嚙合所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋的螺絲段和一帶有用于嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的錐形末端段的銷桿，所述銷桿帶有一附著至所述螺絲段的近端，所述銷桿足夠長，以確保當(dāng)所述錐形末端段嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段后所述螺絲定位銷可在所述內(nèi)孔中進(jìn)一步擰入一預(yù)定距離而不會(huì)咬滯所述螺絲段和所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓，其中所述銷桿的所述錐形末端段具有一錐度，所述錐度小于所述內(nèi)孔的錐形末端段的一錐度，以使所述銷桿的錐形末端段的一變窄的末端部分可嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一變窄的末端部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自鎖緊螺栓總成包括多個(gè)延伸穿過所述螺紋體的一末端段的狹縫，所述螺紋體包括所述內(nèi)孔的所述錐形末端段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述多個(gè)狹縫包括一對徑向?qū)χ玫莫M縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述螺絲定位銷的一近端包括一用于向所述螺絲定位銷施加力矩的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述施加力矩的結(jié)構(gòu)包括一用于接納一力矩施加裝置的扳手開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述銷桿具有一小于所述內(nèi)孔螺紋段直徑的直徑，以允許所述銷桿穿過所述內(nèi)孔螺紋段而不會(huì)嚙合所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述螺栓包括一附著至所述螺紋體的螺栓頭，且其中所述內(nèi)孔延伸穿過所述螺栓頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖緊螺栓總成，該自鎖緊螺栓總成包括一其中具有一螺紋螺栓接納孔的本體，所述螺絲定位銷足夠緊地?cái)Q緊至所述螺栓中，使所述銷桿的所述錐形末端段將所述螺紋體的一末端段脹開到足以使所述螺紋體的螺紋緊緊嚙合所述螺栓接納孔的螺紋并鎖緊到所述本體中。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自鎖緊螺栓總成，所述自鎖緊螺栓總成包括一其中具有一螺紋螺栓接納孔的本體，所述螺絲定位銷足夠緊地?cái)Q緊至所述螺栓中，使所述銷桿的所述錐形末端段將由所述狹縫界定的指形段充分脹開，以使所述指形段的中間接觸區(qū)域發(fā)生彈性變形并足夠深地進(jìn)入所述螺栓接納孔，從而將所述螺栓牢固地鎖緊到所述本體中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自鎖緊螺栓總成，其中所述指形段的各邊緣接觸區(qū)域發(fā)生變形并足夠深地進(jìn)入所述銷桿的所述錐形末端段中，以將所述螺絲定位銷牢固地鎖緊至所述螺栓中。
12.一種使用一自鎖緊螺栓總成的方法，所述自鎖緊螺栓總成包括一包括一螺紋體的螺栓，所述螺紋體帶有一延伸穿過所述螺紋體用于接納一螺絲定位銷的軸向內(nèi)孔，所述螺絲定位銷包括一螺絲段，所述螺絲段帶有用于嚙合所述內(nèi)孔的一內(nèi)孔螺紋段的螺紋，所述螺絲定位銷還包括一錐形末端段，該方法包括(a)提供一位于所述內(nèi)孔螺紋段與所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段；及(b)提供一銷桿，所述銷桿具有附著至所述螺絲段的一端且具有一錐形末端段用于嚙合所述內(nèi)孔的錐形末端段，所述銷桿足夠長，以確保當(dāng)所述銷桿的所述錐形末端段嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段后所述螺絲定位銷可在所述內(nèi)孔中進(jìn)一步擰入一預(yù)定距離而不會(huì)咬滯所述螺絲段和所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法包括將所述螺絲定位銷足夠深地?cái)Q入所述螺栓中，以使所述銷桿的所述錐形末端段抵靠在所述內(nèi)孔的所述錐形末端段上，且通過給所述銷桿的所述錐形末端段提供一小于所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一錐度的錐度，使僅所述銷桿的所述錐形末端段的一變窄末端部分可嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一變窄末端部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法包括提供多個(gè)延伸穿過所述螺紋體的一末端段的狹縫，所述螺紋體包括所述內(nèi)孔的所述錐形末端段。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述銷桿具有一直徑，該直徑小于所述內(nèi)孔的所述內(nèi)孔螺紋段的一直徑，所述方法包括將所述銷桿推進(jìn)穿過所述內(nèi)孔螺紋段而不咬滯所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法包括通過下述方式將所述自鎖緊螺栓總成鎖緊到一本體中的一螺紋螺栓接納孔中將所述螺絲定位銷擰緊到所述螺栓內(nèi)足夠深的位置，使所述銷桿的所述錐形末端段將由所述狹縫界定的指形段脹開到足以使所述指形段的所述中間接觸區(qū)域發(fā)生彈性變形并足夠深地進(jìn)入所述螺栓接納孔，從而將所述螺栓牢固地鎖緊到所述本體中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法包括將所述螺絲定位銷擰緊至所述螺栓中足夠深的位置，使所述各指形段的邊緣接觸區(qū)域發(fā)生變形并足夠深地進(jìn)入所述銷桿的所述錐形末端段，從而將所述螺絲定位銷鎖緊至所述螺栓中。
18.一種用于增加一自鎖緊螺栓總成的一機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的方法，所述自鎖緊螺栓總成包括一包括一螺紋體的螺栓，所述螺紋體帶有一延伸穿過所述螺紋體的軸向內(nèi)孔，所述軸向內(nèi)孔用于接納一螺絲定位銷，所述螺絲定位銷包括一螺絲段，所述螺絲段帶有用于嚙合所述內(nèi)孔的一內(nèi)孔螺紋段的螺紋，所述螺絲定位銷還包括一錐形末端段，該方法包括(a)提供一位于所述內(nèi)孔螺紋段與所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段；(b)在所述螺紋體的一末端段提供多個(gè)狹縫；(c)提供一銷桿，所述銷桿具有附著至所述螺絲段的一端且具有一錐形末端段用于嚙合所述內(nèi)孔的錐形末端段，所述銷桿足夠長，以確保當(dāng)所述銷桿的所述錐形末端段嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段時(shí)，所述螺絲定位銷可在所述內(nèi)孔中進(jìn)一步擰入一預(yù)定距離而不會(huì)咬滯所述螺絲段和所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋；及(d)通過給所述銷桿的所述錐形末端段提供一小于所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一錐度的錐度，在所述狹縫的近端與所述銷桿的所述錐形末端段嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一接觸區(qū)域之間提供一增大的距離。
19.一種自鎖緊螺栓總成，其包括(a)一帶有一螺紋體的螺栓，所述螺紋體帶有一延伸穿過所述螺紋體的軸向內(nèi)孔，所述軸向內(nèi)孔用于接納一螺絲定位銷，所述螺絲定位銷包括一螺絲段，所述螺絲段帶有用于嚙合所述內(nèi)孔的一內(nèi)孔螺紋段的螺紋，所述螺絲定位銷還包括一錐形末端段；(b)一位于所述內(nèi)孔螺紋段與所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段；(c)用于嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的構(gòu)件，以便當(dāng)所述錐形末端段嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段時(shí)，可將所述螺絲定位銷在所述內(nèi)孔中進(jìn)一步擰入一預(yù)定距離而不咬滯所述螺絲段和所述內(nèi)孔螺紋段的螺紋。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的自鎖緊螺栓總成，所述自鎖緊螺栓總成包括用于將所述螺絲定位銷擰入所述螺栓中足夠深的位置以抵靠所述銷桿的所述錐形末端段而不咬滯所述螺紋體螺紋的構(gòu)件；及用于使所述銷桿的所述錐形末端段的一變窄末端部分嚙合所述內(nèi)孔的所述錐形末端段的一變窄末端部分的不同錐度的構(gòu)件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的自鎖緊螺栓總成，所述自鎖緊螺栓總成包括不同半徑的構(gòu)件，其用于通過下述方式將所述自鎖緊螺栓總成鎖緊至一本體內(nèi)一螺紋螺栓接納孔中將所述螺絲定位銷擰緊到所述螺栓內(nèi)足夠深的位置，使所述銷桿的所述錐形末端段充分脹開由所述狹縫確定的指形段并使所述指形段的所述中間接觸區(qū)域發(fā)生彈性變形并足夠深地進(jìn)入所述螺栓接納孔，以將所述螺栓鎖緊至所述本體中并使所述指形段的所述邊緣接觸區(qū)域發(fā)生變形并足夠深地進(jìn)入所述銷桿的所述錐形末端段，從而將所述螺絲定位銷鎖緊到所述螺栓中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括一裂開式螺栓(2)和一螺絲定位銷(3)的自鎖緊螺栓總成(1)。所述螺栓包括一螺紋體(4)、一延伸穿過所述螺紋體的軸向內(nèi)孔(6)，內(nèi)孔(6)包括一內(nèi)孔螺紋段(6A)、一錐形末端段(6C)及一介于所述內(nèi)孔螺紋段與所述錐形末端段之間的內(nèi)孔中間段(6B)。螺絲定位銷(3)包括一帶有用于嚙合內(nèi)孔螺紋段(6A)螺紋的螺絲段(10B)和一帶有一用于嚙合內(nèi)孔(6)錐形末端段(6C)的錐形末端段(10A)的銷桿(10)，銷桿(10)的一近端附著至螺絲段(10B)。銷桿(10)足夠長，以確保螺絲定位銷(3)可進(jìn)一步擰入內(nèi)孔(6)而不會(huì)咬滯螺絲段(10B)的螺紋。所述銷桿的錐形末端段(10A)具有一錐度(α)，該錐度小于內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)的錐度(β)，以使銷桿(10)的錐形末端段(10A)的一變窄末端部分可嚙合內(nèi)孔(6)的錐形末端段(6C)的一變窄末端部分。
文檔編號F16B35/04GK1695012SQ03824748
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月21日
發(fā)明者帕特里克·W·布雷斯林, 瑪麗·A·布雷斯林 申請人:帕特里克·W·布雷斯林, 瑪麗·A·布雷斯林